电力市场环境下抽水蓄能参与电能量市场的优化运行策略

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2020.04.006

摘要/Abstract

摘要： 随着可再生能源的快速发展，抽水蓄能在电力系统中发挥着越来越重要的作用，研究抽水蓄能参与市场的优化运行策略，对于提高抽水蓄能运营商和全社会的经济效益至关重要。文章首先介绍了现阶段抽水蓄能参与市场的研究现状，在此基础上建立了抽水蓄能参与电能量市场的二次型优化模型，并对模型进行了拓展，以适应更为复杂和实际的场合。相比于传统的混合整数规划方法，论文提出的抽水蓄能二次型优化方法能减少优化运行时间，并且能帮助运营商在电能量市场中获得更大的期望收益。算例结果验证了所提方法的可行性和有效性。

关键词: 抽水蓄能, 电能量市场, 优化运行, 二次型优化模型

Abstract: With the rapid development of renewable energy， pumped-storage station plays an increasingly important role in power system. In order to improve economic efficiency of both pumped-storage station and the society， it is vital to study the optimal operation strategy of pumped-storage stations.Firstly，the paper introduces current research of pumped storage participating in energy market， and then establishes a quadratic optimization model of pumped storage when participating in energy market. Besides， the model is expanded to adapt to more complex and practical occasions. Compared with the traditional mixed integer programming method， the quadratic optimization method proposed in this paper can reduce the running time and help operators to obtain more expected profits in energy market. The results of the example verify the feasibility and effectiveness of the proposed method.

Key words: pumped-storage, energy market, optimal operation, quadratic optimization model

中图分类号:

TM 732

张经纬，黄宁馨，陈柏柯，荆朝霞 . 电力市场环境下抽水蓄能参与电能量市场的优化运行策略[J]. 电力建设, 2020, 41(4): 45-52.

ZHANG Jingwei， HUANG Ningxin， CHEN Baike， JING Zhaoxia. Optimal Operation Strategy for Pumped-Storage Power Station in Energy Market Under Power Market Environment[J]. Electric Power Construction, 2020, 41(4): 45-52.

参考文献

［1］周孝信，陈树勇，鲁宗相，等. 能源转型中我国新一代电力系统的技术特征［J］. 中国电机工程学报， 2018， 38（7）： 1893-1904.
ZHOU Xiaoxin， CHEN Shuyong， LU Zongxiang， et al. Tchnology features of the new generation power system in China［J］. Proceedings of the CSEE， 2018， 38（7）： 1893-1904.
［2］唐西胜. 储能在电力系统中的作用与运营模式［J］. 电力建设， 2016， 37（8）： 2-7.
TANG Xisheng. Applications and marketing mode of energy storages in power system［J］. Electric Power Construction， 2016， 37（8）： 2-7.
［3］BARBOUR E， WILSON I A G， RADCLIFFE J， et al. A review of pumped hydro energy storage development in significant international electricity markets［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2016， 61： 421-432.
［4］丘文千. 电力系统优化规划模型与方法［M］. 杭州：浙江大学出版社， 2012.
［5］NYAMDASH B， DENNY E， OMALLEY M. The viability of balancing wind generation with large scale energy storage［J］. Energy Policy， 2010， 38（11）： 7200-7208.
［6］张刘冬，殷明慧，卜京，等. 基于成本效益分析的风电-抽水蓄能联合运行优化调度模型［J］. 电网技术， 2015， 39（12）： 3386-3392.
ZHANG Liudong， YIN Minghui， BU Jing， et al. Ajoint optimal operation model of wind farms and pumped storage units based on cost-benefit analysis［J］. Power System Technology， 2015， 39（12）： 3386-3392.
［7］黄庶，林舜江，刘明波. 含风电场和抽水蓄能电站的多目标安全约束动态优化调度［J］. 中国电机工程学报， 2016， 36（1）： 112-121.
HUANG Shu， LIN Shunjiang， LIU Mingbo. Multi-objective security constrained dynamic optimal dispatch with wind farms and pumped storage stations［J］. Proceedings of the CSEE， 2016， 36（1）： 112-121.
［8］HUANG H Y， ZHOU M， ZHANG L J， et al. Joint generation and reserve scheduling of wind-solar-pumped storage power systems under multiple uncertainties［J］. International Transactions on Electrical Energy Systems， 2019， 29（7）.
［9］PARASTEGARI M， HOOSHMAND R A， KHODABAKHSHIAN A， et al. Joint operation of wind farm， photovoltaic， pump-storage and energy storage devices in energy and reserve markets［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems， 2015， 64： 275-284.
［10］YU J， CHEN X， YU K， et al. Stochastic joint optimization using energy storage system and demand response in an electricity market［C］//2016 Tsinghua University-IET Electrical Engineering Academic Forum. IET， 2016.
［11］ZHANG H W， ZHAO J. Joint peak shaving energy consumption optimization model and simulation analysis of pumped storage power unit and coal-fired power units［J］. Chemical Engineering Transactions， 2016， 51： 1279-1284.
［12］CHAZARRA M， PEREZ-DIAZ J I， GARCIA-GONZALEZ J. Optimal joint energy and secondary regulation reserve hourly scheduling of variable speed pumped storage hydropower plants［J］. IEEE Transactions on Power Systems， 2018， 33（1）： 103-115.
［13］KARHINEN S， HUUKI H. Private and social benefits of a pumped hydro energy storage with increasing amount of windpower［J］. Energy Economics， 2019， 81： 942-959.
［14］NGUYEN T A， BYRNE R H， CONCEPCION R J， et al. Maximizing revenue from electrical energy storage in MISO energy & frequency regulation markets［C］//2017 IEEE Power & Energy Society General Meeting. Chicago， IL： IEEE， 2017： 1-5.
［15］苏峰，张贲，史沛然，等. 考虑调频绩效机制下储能在多市场中的最优投标策略研究［J］. 电力建设， 2016， 37（3）： 71-75.
SU Feng， ZHANG Ben， SHI Peiran， et al. Optimal bidding strategy of energy storage in power market with performance-based regulation mechanism［J］. Electric Power Construction， 2016， 37（3）： 71-75.
［16］PAINE N， HOMANS F R， POLLAK M， et al. Why market rules matter： Optimizing pumped hydroelectric storage when compensation rules differ［J］. Energy Economics， 2014， 46： 10-19.
［17］LOISEL R， MERCIER A， GATZEN C， et al. Valuation framework for large scale electricity storage in a case with wind curtailment［J］. Energy Policy， 2010， 38（11）： 7323-7337.
［18］贾江涛. 一种带抽蓄机组水电系统短期优化调度方法［J］. 电网技术， 2017， 41（5）： 1597-1602.
JIA Jiangtao. An optimal method of short-term scheduling for hydropower system with pumped-storage units［J］. Power System Technology， 2017， 41（5）： 1597-1602.
［19］曾鸣，王睿淳，王良，等. 电力市场中考虑水头约束的抽水蓄能电站竞价模型［J］. 电力自动化设备， 2014， 34（7）： 134-138， 143.
ZENG Ming， WANG Ruichun， WANG Liang， et al. Bidding model considering constraints of water head for pumped storage plant in power market［J］. Electric Power Automation Equipment， 2014， 34（7）： 134-138， 143.
［20］NILSSON O， SJELVGREN D. Hydro unit start-up costs and their impact on the short term scheduling strategies of Swedish power producers［J］. IEEE Transactions on PowerSystems， 1997， 12（1）： 38-44.
［21］STEFFEN B， WEBER C. Optimal operation of pumped-hydro storage plants with continuous time-varying power prices［J］. European Journal of Operational Research， 2016， 252（1）： 308-321.
［22］KANAKASABAPATHY P， SHANTI K. Bidding strategy for pumped-storage plant in pool-based electricity market［J］. Energy Conversion and Management， 2010， 51（3）： 572-579.
［23］LU N， CHOW J H， DESROCHERS A A. Pumped-storage hydro-turbine bidding strategies in a competitive electricity market［J］. IEEE Transactions on Power Systems， 2004， 19（2）： 834-841.
［24］CONNOLLY D， LUND H， FINN P， et al. Practical operation strategies for pumped hydroelectric energy storage （PHES） utilising electricity price arbitrage［J］. Energy Policy， 2011， 39（7）： 4189-4196.
［25］KARIMI A， HEYDARI S L， KOUCHAKMOHSENI F， et al. Scheduling and value of pumped storage hydropower plant in Iran power grid based on fuel-saving in thermal units［J］. Journal of Energy Storage，2019， 24： 100753.
［26］SOUSA J A M， TEIXEIRA F， FAIAS S. Impact of a price-maker pumped storage hydro unit on the integration of wind energy in power systems［J］. Energy， 2014， 69： 3-11.
［27］范明天，张祖平. 电力系统优化数学模型和计算方法［M］. 北京：中国电力出版社， 2013.
［28］NAG S， LEE K Y， SUCHITRA D. A comparison of the dynamic performance of conventional and ternary pumped storage hydro［J］. Energies， 2019， 12（18）： 3513.
［29］陈宝林. 最优化理论与算法［M］. 北京：清华大学出版社， 2005.

[1]	黄远明, 陈青，韦薇，吴明兴，谢敏，段秦刚，刘明波. 考虑风-储参与直接交易的中长期-现货市场物理交割建模及快速求解算法[J]. 电力建设, 2020, 41(1): 55-63.
[2]	狄开丽，李鹏，华浩瑞. 计及碳排放成本的交直流混合微网优化运行[J]. 电力建设, 2016, 37(7): 12-19.
[3]	郭永明, 刘观起. 计及弃风成本的含抽水蓄能电力系统随机优化调度[J]. 电力建设, 2016, 37(4): 29-34.
[4]	畅欣，韩民晓，郑超. 全功率变流器可变速抽水蓄能机组的功率调节特性分析[J]. 电力建设, 2016, 37(4): 91-97.
[5]	华浩瑞，李鹏. 计及功率预测误差的交直流混合微电网多时间尺度优化运行方法[J]. 电力建设, 2016, 37(12): 40-.
[6]	狄开丽，李鑫明，李鹏，徐绍军，孙健. 基于改进黑洞算法的交直流混合微网优化运行[J]. 电力建设, 2016, 37(10): 1-.
[7]	黎静华，桑川川. 能源综合系统优化规划与运行框架[J]. 电力建设, 2015, 36(8): 41-48.
[8]	余志勇，万术来，明志勇，张媛，邓明. “风光水”互补微电网的运行优化[J]. 电力建设, 2014, 35(6): 50-55.
[9]	吕项羽，李德鑫，郭欢，潘文霞，张程程. 含风力-抽蓄发电的电力系统经济运行方式优化[J]. 电力建设, 2014, 35(2): 28-35.
[10]	刘峻，林章岁. 福建电网调峰电源规划[J]. 电力建设, 2010, 31(6): 35-39.
[11]	罗必雄. 分布式能源站的系统集成与优化运行[J]. 电力建设, 2010, 31(5): 1-6.
[12]	陈尚发 . 抽水蓄能电站电气主接线方式的探讨[J]. 电力建设, 2007, 28(10): 67-70.
[13]	宋红东,张居团, . 回龙抽水蓄能电站机组的安装调试和工程建设[J]. 电力建设, 2006, 27(11): 51-0.
[14]	许杏桃 . 地区电网无功电压优化运行与安全控制[J]. 电力建设, 2004, 25(12): 36-0.
[15]	宋红东,陈志成 . 加速建设抽水蓄能电站[J]. 电力建设, 2001, 22(6): 14-0.